_Sysoev_TMS_-lekcii

автономной системой приточно-вытяжной вентиляции.

В генераторах металлической плазмы (рис. 5.13), в которых реализована схема электродугового испарения, функцию анода выполняют водоохлаждаемые цилиндрические стенки узла его крепления. Генератор типа «Пуск» (рис. 5.13, б) выполнен по схеме электродугового ускорителя.

Система магнитных и электрических полей дополнительно перерабатывает продукты эрозии электрода, увеличивая долю ионной фазы и кинетическую энергию ионов, а также коллимирует плазменную струю. На выходе генератора состав плазменной струи оценивается следующими значениями: доли ионной фазы – 30...95 %, паровая фаза – 5...65 %, микрокапельная фаза – 20...95 %. Кинетическая энергия ионов достигает сотен электрон-вольт.

Рис. 5.12. Схема процесса плазменного напыления покрытий на криволинейную поверхность из порошковых и проволочных материалов:

1 – катод; 2 – порошковый бункер-питатель; 3 – вольтметр; 4 – источник питания; 5 – порошок с транспортным газом; 6 – анод; 7 – направляющая; 8 – механизм подачи проволоки; 9 – амперметр; 10 – покрытие Х20Н80; 11 – покрытие ZrO2; 12 – изделие; 13, 15 – вода; 14 – плазмообразующий газ

259

Рис. 5.13. Схема электродугового испарителя типа «Булат-1» (а)

иторцевого холловского ускорителя типа «Пуск» (б):

1– соленоид; 2 – фланец вакуумной камеры; 3 – катод; 4 – система защиты от сброса дуги на боковую поверхность; 5 – блок питания дуги; 6 – электрод

поджига; 7 – анод; 8 – дополнительный анод; 9 – канал подачи реакционного газа; 10 – блок поджига дуги

В зависимости от абсолютной величины кинетической энергии ионов на поверхности протекают различные процессы:

–при энергиях меньше 10 эВ эти процессы имеют в основном термическую природу, а при энергиях больше 10 эВ - нетермическую;

–при энергиях выше пороговой энергии распыления начинаются процессы ионного травления поверхности;

–при энергиях, превышающих критическую энергию внедрения, ионы начинают внедряться в кристаллическую решетку;

–при энергиях выше энергии смещения атомов кристаллической решетки в твердом теле возникают каскады смещения, характерные для ионной имплантации.

Для получения химически чистой поверхности на деталь перед напылением покрытия подают высокий потенциал, обеспечивающий удаление поверхностного загрязненного слоя и предварительный нагрев детали за определенное время. Для создания условий, при которых деталь не перегревается, травление ведут циклами.

Качество покрытия определяется процессом ионной очистки детали и зависит от технологических параметров тока дуги, потенциала смещения, давления газа, температуры детали и во многом зависит от конструкции генератора плазмы, особенностей детали и технологической оснастки, а также от химической чистоты используемых материалов.

Методом плазменного напыления получают покрытия:

1) из любых материалов (металлы, керамика, композиционные материалы), в которых частично или полностью сохраняется расплавленное состояние отдельных частиц (порошок, капли) хотя бы одного из компонентов материала в газотермодинамических условиях пребывания в

260

плазмотроне и в струе плазмы на пути к подложке, а также во время затвердевания покрытия на ней;

2)из тугоплавких и активных металлов, для формирования которых требуются большие тепловые мощности и защита от окисления;

3)из керамик (карбиды, оксиды, нитриды и др.), плавление которых также энергоемко и должно сопровождаться защитой от окисления;

4)из КМ, компоненты которых металлургически несовместимы или введены сверх норм их предельной растворимости материале в твердом состоянии;

5)из КМ, один из компонентов которых образует волокнистый каркас из металлов и (или) керамики, представляющий собой тканые или вязаные структуру или формирующийся в процессе намотки нитей;

6)слоистой структуры, состоящей из слоев, различающихся по природе или составу материала, а также покрытия переменной природы, состава и структуры материала в различных частях одной и той же стенки;

7)переменной толщины (от 0,01...2,5 мм до 20 мм) с плавным переходом и точностью ± 0,05 мм, а также значительно более толстые, чем наносимые методом ионно-плазменного осаждения;

8)с высокой эрозионной и коррозионной стойкостью, износо- и жаростойкостью, твердостью, с широким диапазоном этих свойств при применении разных композиций металлокерамических покрытий;

9)технологичные, отличающиеся высоким коэффициентом использования материала и широкими возможностями конструктивнотехнологического совершенствования создаваемого изделия (возможно селективное нанесение определенных покрытий на заданные места в конструкции через технологические маски);

10)из аморфных материалов, а также материалов, сильно легированных элементами с неограниченной растворимостью в жидком состоянии, в которых образующиеся пересыщенные твердые растворы метастабильной высокотемпературной фазы материала будут зафиксированы

врезультате быстрой кристаллизации частиц, образующих структуру покрытия.

При изготовлении изделий практическое применение находят покрытия из нитрида титана, которые существенно повышают износо- и коррозионную стойкость деталей при относительно высоких температурах; покрытия из окиси циркония и окисда иттрия, используемые в качестве термобарьерных покрытий.

Контрольные вопросы и задания

1.Назовите основные принципы и механизмы физико-химической обработки материалов.

2.В каких случаях применяется электроэрозионная обработка. Дайте характеристику режимов ЭЭО.

3.Дайте краткую характеристику элекроэрозионной проволочной

261

вырезке, электроэрозионному фрезерованию, элекроэрозионному объемному копированию и прошивке профилированными электродами.

4.Перечислите особенности и преимущества применения электрохимической обработки.

5.Опишите схему оборудования для ЭХО.

6.В чем заключается суть процесса электрохимической обработки?

7.В каких случаях применяется ультразвуковая обработка? В чем состоит суть процесса ультразвуковой обработки?

8.Назовите основные особенности лазерной обработки. Дайте общую характеристику данного процесса.

9.Перечислите особенности применения электронно-лучевой и плазменной обработки материалов, их достоинства и недостатки.

262

6. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Этапы разработки технологического процесса изготовления деталей показаны на рис. 6.1.

Исходные данные для создания технологического процесса

Анализ исходных данных для разработки технологического процесса

Описание конфигурации, формы и размеров детали, требований по точности, пространственного расположения поверхностей, точность формы, использование конструкторских баз, марки материала и его характеристик, качества поверхностного слоя, ТМО и покрытия

Оценка технологичности

Условия производства, специальные технические требования, особенности конструкции и возможные затруднения при изготовлении, возможности упрощения конструкции, а также условия, при которых изделие технологично

Предварительный выбор вида, способа получения и формы заготовки

Выбор нескольких вариантов заготовки, определение конфигурации, размеров, допусков и припусков

План обработки основных поверхностей для каждого варианта заготовки Определение массы заготовки, выбор типового маршрута, план мехобработки

Определение типа производства

Объем и программа выпуска, определение коэффициента закрепления операций kз

Расчет себестоимости операций по вариантам

Определение КИМа, трудоемкости изготовления. Предложения по снижению материалоемкости и себестоимости

Последовательность обработки основных поверхностей

Размерный анализ, построение совмещенного графа, расчет технологических размерных цепей

Разделение ТП на этапы

Определение основных этапов обработки:

черновые, получистовые, чистовые, отделочные, ТМО, покрытия и др.

263

Разработка маршрута и формирование операций. Выбор оборудования

Описание обрабатываемых поверхностей, разделение на операции и установление последовательности (маршрут), формирование операций, выбор оборудования

Разработка операций

Выбор технологических баз, разработка ТТ на операцию, расчет припусков, операционных размеров и допусков

Расчет режимов резания

Определение глубины резания, подач, скорости резания, частоты вращения, момента и мощности резания при обработке

Нормирование операций

Определение То, Тшт

Выбор оснастки

Выбор оснастки на каждую операцию, разработка технических заданий на проектирование отсутствующей оснастки

(исходные данные, основные требования, эскиз), расчет элементов

Выбор режущего инструмента

Подбор МРИ по переходам операций, разработка технических заданий на проектирование отсутствующего инструмента (исходные данные, основные требования, эскиз)

Выбор измерительного инструмента

Определение контролируемых параметров, выбор измерительного инструмента или разработка технических заданий на проектирование (исходные данные, основные требования, эскиз), расчет точности измерения параметров

Технико-экономическое обоснование

Определение технологической себестоимости

Документирование технологических процессов:

маршрутного описания – МТП (указать в бланках: ТТ, требования по ТБ, тип оборудования и ТСО, марку материала и размеры заготовки, нормы времени), полный маршрут по всему циклу изготовления;

операционного описания – ТПО (ввести МТП и полный состав операционных карт по перечню);

маршрутно-операционного описания – ТПМО (ввести МТП, полный состав операционных карт на ответственные операции)

Рис. 6.1. Этапы разработки технологического процесса обработки детали

264

6.1 Анализ исходной информации

При разработке новых технологических процессов используют информацию, которая подразделяется на следующие виды:

1.Базовая информация: конструкторская документация (чертежи, ТУ, спецификации и др.), программа выпуска (годовая) и объем производства при заданном числе рабочих смен, данные об условиях, в которых предлагается организовать подготовку производства и изготовление изделий.

2.Руководящая информация: техническое задание (ТЗ) на разработку процесса, ГОСТы, ОСТы, нормали, директивные техпроцессы, требования ТБ и ПБ, производственные инструкции.

3.Справочная информация: документация опытного производства, ТП на детали-аналоги, методические материалы и нормативы, каталоги на оборудование, инструменты и приспособления, альбомы ТСО, типовые ТП, справочники, результаты научных исследований, паспорта на оборудование, методики расчетов.

Для анализа исходных данных необходимо иметь рабочие чертежи сборки и деталей, технические требования, регламентирующие точность, параметры шероховатости, требования к качеству поверхностей и др. В некоторых случаях достаточно иметь фрагмент общего вида или сборочной единицы, на котором видна деталь.

Последовательность анализа информации:

1) рассматривают назначение детали в сборочной единице; 2) уясняют конфигурацию детали, форму всех поверхностей и их про-

странственное взаимное положение по геометрическим проекциям и сечениям;

3) изучают данные по точности размеров детали (допуски, посадки) и шероховатости поверхностей, точности формы и взаимного расположения поверхностей (параллельность, перпендикулярность, соосность). По этим данным составляют представление о методах окончательной обработки и числе ступеней обработки каждой поверхности детали, выявляют конструкторские базы и предварительную последовательность обработки основных поверхностей;

4) изучают характеристики материала детали;

5)выполняют анализ требований к качеству поверхностного слоя (по механическим свойствам, характеру термообработки, покрытиям и др.);

6)подробно рассматривают технические требования чертежа, а также общие технические требования к изготовлению изделия;

7)определяют влияние заданной программы выпуска и сменность работы цеха на характер ведения технологического процесса;

8)изучают базовый технологический процесс как аналог для разработки перспективного технологического процесса изготовления детали;

9)принимают предварительное решение о методах обработки (обработка резанием, ЭЭО, ЭХО и др.), о членении технологического процесса на этапы, о способах окончательных, отделочных и упрочняющих операций.

265

По результатам анализа описывают конфигурацию детали и ее форму, пространственное расположение поверхностей, требования к точности размеров, форму и взаимное расположение поверхностей и осей, конструкторские базы, материал детали и его основные механические свойства, качество поверхностного слоя, вид термообработки, покрытие, недостатки базового технологического процесса, влияние объема и программы выпуска на организацию производства.

Предварительно определяют тип производства (единичный, мелкосерийный, серийный, крупносерийный, массовый) исходя из объема производства деталей-аналогов, выявляют условия, в которых предполагают организовать производство, и возможные затруднения при изготовлении на нем деталей.

Для заданных условий производства (тип производства) оценивают технологичность детали. Технологичность конструкции изделия оценивают совокупностью свойств изделия, определяющих приспособленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Качественную оценку технологичности заготовок и деталей рекомендуем выполнять по [2].

6.2 Выбор вида, способа получения и формы заготовок

Для изготовления деталей используют различные виды заготовок: прокат (круглый, фасонный, листовой), поковки, отливки, комбинированные заготовки (штампосварные) и т. д.

Заготовкой в машиностроении называют предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхностей и (или) материала изготавливают деталь.

Литьем получают заготовки практически любых размеров простой и очень сложной конфигурации практически из всех металлов и сплавов. Качество отливки зависит от условий кристаллизации металла в форме, определяемых способом литья. В некоторых случаях внутри стенок отливок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, горячие и холодные трещины), которые обнаруживаются только после черновой механической обработки.

Обработкой металлов давлением получают кованные и штампованные заготовки, а также машиностроительные профили. Ковка применяется в единичном, мелкосерийном производстве, а также при изготовлении очень крупных, уникальных заготовок и заготовок с особо высокими требованиями к объемным свойствам материала. Штамповка позволяет получить заготовки близкие по конфигурации к готовой детали. Механические свойства заготовок, полученных обработкой давлением выше, чем литых. Машиностроительные профили изготовляют прокаткой, прессованием, волочением.

Заготовки из проката применяют в единичном и серийном произ-

266

водствах. Прокат выбранного профиля резкой превращают в штучные (мерные) заготовки, из которых последующей механической обработкой изготовляют детали. Совершенство заготовки определяется близостью выбранного профиля проката поперечному сечению детали (с учетом припусков на обработку).

Сварные и комбинированные заготовки изготовляют из отдельных со-

ставных элементов, соединяемых между собой с помощью различных способов сварки. В комбинированной заготовке, кроме того, каждый составной элемент представляет собой самостоятельную заготовку соответствующего вида (отливка, штамповка и т.д.). Сварные и комбинированные заготовки значительно упрощают создание конструкций сложной конфигурации.

Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии, по форме и размерам могут соответствовать готовым деталям и требовать незначительной отделочной обработки.

Заготовку перед первой технологической операцией процесса изготовления детали называют исходной заготовкой.

Поступающие на обработку заготовки должны соответствовать техническим условиям. Поэтому заготовки подвергают техническому контролю по соответствующей инструкции, устанавливающей метод контроля, периодичность, количество проверяемых заготовок в процентах к выпуску и т.д. Проверке подвергают химический состав и механические свойства материала, структуру, наличие внутренних дефектов, размеры, массу заготовки.

У заготовок сложной конфигурации с отверстиями и внутренними полостями (типа корпусных деталей) в заготовительном цехе проверяют размеры и расположение поверхностей. Для этого заготовку устанавливают на станке, используя ее технологические базы, имитируя схему установки, принятую для первой операции обработки. Отклонения размеров и формы поверхностей заготовки должны соответствовать требованиям чертежа заготовки. Заготовки должны быть выполнены из материала, указанного на чертеже, обладать соответствующими ему механическими свойствами, не должны иметь внутренних дефектов (для отливок - рыхлоты, раковины, посторонние включения; для поковок - пористость и расслоения, трещины по шлаковым включениям, "шиферный" излом, крупнозернистость, шлаковые включения; для сварных конструкций - непровар, пористость металла шва, шлаковые включения).

Дефекты, влияющие на прочность и товарный вид заготовки, подлежат исправлению. Поверхности отливок должны быть чистыми и не должны иметь пригаров, спаев, ужимин, плен, намывов и механических повреждений. Заготовка должна быть очищена или обрублена, места подвода литниковой системы, заливы, заусенцы и другие дефекты должны быть зачищены, удалена окалина. Особо тщательной очистке должны подвергаться полости отливок. Необрабатываемые наружные поверхности заготовок при проверке по линейке не должны иметь отклонения от прямолинейности больше заданного (не более 0,5 мм на 1 мм длины). Заготовки, у которых отклонение от прямолинейности оси (кривизна) влияет на качество и точность работы машины,

267

подлежат обязательному естественному или искусственному старению по технологическому процессу, обеспечивающему снятие внутренних напряжений, и правке.

Отмеченные на чертеже заготовки базы для механической обработки должны служить исходными базами при изготовлении и проверке технологической оснастки (моделей, стержней). Они должны быть чистыми и гладкими, без заусенцев, остатков литников, прибылей, выпоров и литейных и штамповочных уклонов.

Основная задача в этом этапе является выбор заготовки, которая по форме, размерам, точности и качеству поверхности возможно полнее соответствовала параметрам детали. Естественно, что будут увеличиваться текущие и единовременные затраты на ее получение, но, с другой стороны, общие трудозатраты можно существенно снизить за счет увеличения коэффициента использования металла (КИМ) и уменьшения трудоемкости механической обработки.

Факторы, влияющие на вид заготовки:

материал детали, ее конфигурация и габаритные размеры. Во многих случаях уже материал определяет вид заготовки (рис. 6.2). Если материалы литейные, то заготовка - литье, если деформируемый материал - поковка или прокат. В последнем случае определяющим фактором будет конфигурация детали;

объем выпуска и тип производства. Из графика, показанного на рис. 6.3, видно, что при размере партии до 58 штук деталь выгоднее изготавливать из прутка, а свыше 58 штук - из штамповки.

Рис. 6.2. Схема выбора варианта заготовки

На способ получения заготовки существенное влияние оказывает объем выпуска изделия (рис. 6.3).

Например, вид заготовки - отливка. При малом объеме выпуска выгоднее отливать заготовку в земляные формы. При росте объемов целесообразнее применение литья в кокиль, по выплавляемым моделям и литья под давлением. Если вид заготовки - штамповка, то при малом объеме выпуска де-

268